《电子线路印刷版（PCB）设计CAD》
实践报告
题目：单片机最小系统PCB设计
姓名：
学号：
系别：信息工程系
专业：通信工程
年级：09 级
2013年1月9日
一、设计的任务与要求
学习掌握一种电路设计与制板软件（课堂主要使用Protel 99SE，或其他软
件Altium Designer 、PADS、OrCAD、Proteus 等），掌握软件使用的基本技巧的基础，结合专业相关电路方面知识来设计PCB板。
根据参考系统设计一个小型的单片机系统，以89C51 为核心单片机，具备如下主要功能模块：电源模块、ISP（In-System Programming）下载模块，时钟和复位模块、AD 采集模块、键盘模块、数码管和LED显示模块等，画出SCH原理图和对应的PCB 印刷电路板。
主要设计内容：
1、根据需要绘制或创建自己的元件符号，并在原理图中使用；
2、SCH原理图设计步骤与编辑技巧总结；
3、绘制或创建和元件封装，并在原理图中调用；
4、生成项目的BOM（Bill of Material）；
5、设置PCB 设计规则（安全距离、线宽、焊盘过孔等等），以及PCB 设
计步骤和布局布线思路和技巧总结；
6、最终完整的SCH电路原理图；
7、元器件布局图；
8、最终完整的PCB 版图。
二、实验仪器
PC机，Protel 99SE软件
三、原理图元件库设计
3.1 6段数码管模块
LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
LED数码管有八个小LED发光二极管，常用段数一般为7段有的另加一个小数点，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。
数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。
而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。
（2）设计步骤：
a)新建原理图库文件。
b)对新建的原理图命名。
c)打开自带的一位数码管的原理图库文件将其复制到上部新建的原理图库上。
d)将矩形框拉大成6位数码管的大小。
e)复制8段数码管符号粘贴5次构成6位数码管。
f)点右键放置引脚，放置14个引脚，按tab键编辑管脚属性，引脚序号如图。
g)保存。
3.2 74LS14（有施密特触发的六触发反相器）
74LS14 为有施密特触发器的六反相器，共有54/7414、54/74LS14 两种线路结构型式，其
（2）设计步骤：
a)在前面新建的原理图库中建新器件。
b)对新建的原理图命名。
c)放置合适大小的矩形框。
d)点右键放置引脚，放置14个引脚，按tab键编辑管脚属性，引脚序号如图。
e)点右键放置文本字符串，按tab键编辑文本属性，输入74LS14。
f)保存。
其他元件系统库自带无需自行创建元件原理图
四、元件封装库创建
４.1 六段数码管模块封装
（1）具体外观、引脚及尺寸：
(2)设计步骤
a)新建PCB元件库文件。
b)对新建的PCB元件命名
c)打开自带的一位数码管的PCB元件库文件将其复制到上部新建的PCB元件库
上。
d)将矩形框拉大成6位数码管的大小。
e)复制8段数码管符号粘贴5次构成6位数码管。
f)点右键放置焊盘，放置14焊盘，按tab键编辑管脚属性，焊盘为2行，每
行7个，2行的间隔为400mil，同行中相邻焊盘的间隔为100mil。
焊盘顺序为左下角为1，左上角为14。
g)保存。
其他元件系统库自带无需自行创建元件原理图
五、系统设计方案及原理图设计步骤与编辑技巧总结
设计一个基于单片机控制的通用嵌入式平台，具有以下功能模块：按键、ADC 和数码显示。
在原理图中调用自己设计原理图元件库和封装库中的元件最终完整的SCH 电路原理图
在菜单栏选择设计-浏览库，进入相应的库选择所需的元件。
鼠标双击需要的元件即可放置元件，双击元件可修改元件的属性（也可按tab键可更改元件的属性）。
亦可放置完元件后双击元件更改属性。
AD10系统内的元件都会自动关联相应的PCB封装，所以不用更改或添加。
在原理图中放置自己画的库元件前需要先安装自己的库后才能调用。
5.1电源模块
220v交流输入，5V 稳压直流输出，led 发光指示。
5.2 单片机最小系统
单片机最小系统：复位电路、晶振时钟电路、按键电路。
复位电路产生复位信号，是单片机从固定的起始状态开始工作，完成单片机的“启机”过程，它是由一个按键，一个电容，两个电阻构成。
时钟电路由一个晶振和两个小电容构成，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度，时钟电路必须离单片机时钟引脚很近，切忌用长导线连接，否则不易起振，可以直接将晶振的
两个引脚直接弯折到单片机引脚上，不要用长导线和跳线。
5.3 串口电平转换模块
实现串口 ISP 程序下载。
单片机输出 P3.1（Txd）接 7414 的输入，对应输出接串口 DR9 输入，串口 DR9 输出接 7414 输入，对应输出接单片机串行输入 P3.0（Rxd）。
5.4 按键模块
按键电路很简单，选择这 4 个引脚作为输入，是有讲究的，P3.2，P3.3 是单片机两个外部中断
输入引脚，P3.4，P3.5 是两个计数器外部时钟输入引脚。
这样，这四个按键除了一般按键输入外，
还可以做中断输入，计数输入等。
当按键不按时，对端口没有任何影响。
5.5 数码管模块
完善数码管电路和编程测试
5.6 ADC 单元使用简单便宜ADC0804：
5.7 原理图设计步骤与编辑技巧总结
a)安装相关库文件
b)确定需要放置的器件
c)浏览通用元件库选择需要的元件，放置元件
d)若通用元件库中找不到可以用收索元件方式放置元件
e)更改元件属性，选择元件时按tab键或放置后双击元件
f)元件放置完成后根据原理图合理摆放元件位置
g)在菜单栏选择放置--线或用快捷键P+W，将需要连接的管脚连接起来
h)进行原理图电气规则检查，菜单栏--工程--Compile PCB Project（工程名）
i)生成网络表
j)保存输出
编辑技巧总结：（1）关闭PROTEL99SE时的技巧，如果你的电脑配置一般，分步的关闭可以避免死机和丢失你的成果；（2）尽量多使用快捷键能提高布线效率；（3）将自己经常使用的元器件放入一个库中以便调用。
六、项目的BOM（Bill of Material）
七、元器件布局图和PCB设计（总体系统设计方案分析）
１、版型及尺寸
PCB版型为正方形，尺寸为12mm×13mm
２、所使用的库
其中7个原理图库、1个封装库，剩下使用系统自带的库。
３、设置PCB 设计规则（安全距离、线宽、焊盘过孔、走线规则等等），以及PCB设计步骤和布局布线思路和技巧总结；
规则中设置线宽为20mil，最小安全距离为20mil。
焊盘过控以及走线规则使用系统默认设置。
PCB设计步骤：
（1）原理图无规则出错的情况下，点击菜单“设计”按钮，在下拉菜单中点击“Updata PCB Document Qiu.PcbDoc”；
（2）在PCBDOC中排版元件，尽量将所有元件拖动到合理位置；
（3）PCB布线层调整至底层，然后对PCB中的元件进行布线。
技巧总结：（1）制作封装库时注意要将中心店设置在元件上，否则将出错；（2）制作封装库时注意要编辑过孔编号要正确；（3）信号线要尽量短，而地线要尽量粗；（4）PCB手动布线比自动布线效果好，手动布线更能布出好的PCB图。
４、元器件布局图；
八、最终完整的原理图和PCB版图
九、心得体会及小结
经过这几天的PCB板电路板的设计学习，让我感触颇多。
首先，PCB制图及其制作是作为电子专业学生必备一项技能，这次的实验让我了解PROTELL99SE 这个软件很实用，很好用，并且很让人有种他所它的愿望，布局和布线是PCB 设计中的两个最重要的内容所谓布局就是把电路图上所有的元器件都合理地安排到有限面积的PCB上。
我知道只学了个基础，但我已经知道怎么去学习它了，我会一直坚持探索它的；其次，和同学的沟通也促进了与同学之间的融洽关系，增进了友谊。
通过了这次的课程设计，我对Protel 99有了更深入、全面的了解，能够较熟悉的绘制电路原理图和制作印刷电路板（PCB）。
